KR102347738B1

KR102347738B1 - 하이브리드 엔진에서 응축수 분할 유입 제어 방법

Info

Publication number: KR102347738B1
Application number: KR1020200123022A
Authority: KR
Inventors: 오영규; 박금진
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2022-01-07
Also published as: DE102020214217A1; US11225243B1

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량(HEV)의 배기가스재순환장치(EGR)로부터 응축수 발생을 확인하는 단계, 상기 응축수가 엔진 내부로 유입되는 양을 확인하는 응축수 유입량 확인 단계, 응축수 생성시 하이브리드 차량의 차속이 일정 범위 내인지 판단하는 단계, 상기 하이브리드 차량의 요구토크가 일정 범위 내인지 판단하는 단계, 상기 차속 및 상기 요구토크가 일정 범위 내에서 지속 시간이 일정 시간 이상인지 판단하는 단계 및 상기 지속 시간이 상기 일정 시간 이상이면 상기 하이브리드 차량의 엔진 토크를 상향 제어하는 단계를 포함하는 하이브리드 엔진에서 응축수 분할 유입 제어 방법으로서, 본 발명에 의하면, 하이브리드 엔진을 장착한 차량에서 응축수 유입에 의한 엔진 실화를 방지할 수 있다.

Description

하이브리드 엔진에서 응축수 분할 유입 제어 방법{CONTROL METHOD FOR SPLIT INFLOW OF CONDENSATE WATER IN A HYBRID ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 차량의 배기가스 재순환 장치에 의해 발생되는 응축수를 엔진에 분할 유입하는 방법에 관한 것이다.

배기가스 재순환 장치(Exhaust Gas Recirculation, EGR)는 엔진에서 연소된 배기가스의 일부를 다시 엔진으로 재순환시켜 연소실의 온도를 낮추고, 이로 인해 질소산화물(NOx) 억제를 유도하는 장치이다.

배기가스 재순환 장치는 ECU(전자제어장치)의 입력 신호에 따라 개폐되는 EGR 밸브, 흡기관과 배기관 사이의 EGR 통로, 연소실로 재순환되는 배기가스 온도를 낮추기 위한 EGR 냉각기로 구성되어, 출력에 따라 작동시키게 된다.

그래서, EGR에 의한 재순환 가스는 외기와 혼합되어 엔진에 유입되게 되는데, 터보차저(Turbo Charger)에 의해 급속히 압축된 공기는 온도가 높아져 팽창하고, 산소 밀도가 떨어져 결과적으로 실린더 내의 충전효율을 떨어뜨리게 된다.

이러한 압축된 고온의 공기를 냉각시키기 위해 도 1에 도시된 인터쿨러(10, inter cooler)를 거쳐 냉각 후 엔진에 유입되게 한다.

인터쿨러에 의해 공기는 냉각되어 엔진에 공급되므로 실린더 내 효율을 높일 수가 있으나, 작동에 따라 필연적으로 포화수증기압에 도달하여 응축수가 발생하게 되며, 도 2는 도 1의 C 부분을 내시경 관찰한 사진으로 응축수가 누적된 것을 확인할 수 있다.

그런데, 하이브리드 엔진을 장착한 차량에서 정속 주행 후 완전개도(WOT, Wide Open Throttle) 발진시에 과도한 응축수가 엔진에 유입됨으로써 실화(Misfire) 발생 가능성이 있었으며, 실험적 검증에 의해서도 실화가 발생함을 알 수 있었다.

실화에 기여하는 정도는 인터쿨러 본체(A), 하단부 리저버(B), 인터쿨러 출구(C) 중 인터쿨러 본체(A)가 기여하는 정도가 큼을 확인할 수 있었다.

기존에 이를 보완하기 위해서는, 흡기온/엔진온별 EGR 제한 보정계수 맵을 최적화함으로써, 데이터적으로 EGR율(EGR rate)를 축소하는 보정에 의해 해소하는 방법이 있었다.

그리고, 하드웨어적으로 인터쿨러 출구 측에 격막을 추가하여 출구를 일부 막는 방법이 있었으며, 단순한 격막 형태의 경우 응축수 제거에 효과가 미미하나, 일부 특정 형상의 경우에는 제한적 범위에서 응축수 발생을 지연시키는 효과는 발휘되었다.

또는, 발생한 응축수를 외부로 배출시키기 위해 별도의 구성을 추가하는 것도 제안된 바 있다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국등록특허공보 제10-1947045호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 하이브리드 엔진을 장착한 차량에서 응축수 유입에 의한 엔진 실화를 방지할 수 있는 응축수 분할 유입 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 하이브리드 엔진에서 응축수 분할 유입 제어 방법은, 하이브리드 차량(HEV)의 배기가스재순환장치(EGR)로부터 응축수 발생을 확인하는 단계, 상기 응축수가 엔진 내부로 유입되는 양을 확인하는 응축수 유입량 확인 단계, 응축수 생성시 하이브리드 차량의 차속이 일정 범위 내인지 판단하는 단계, 상기 하이브리드 차량의 요구토크가 일정 범위 내인지 판단하는 단계, 상기 차속 및 상기 요구토크가 일정 범위 내에서 지속 시간이 일정 시간 이상인지 판단하는 단계 및 상기 지속 시간이 상기 일정 시간 이상이면 상기 하이브리드 차량의 엔진 토크를 상향 제어하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 하이브리드 차량의 엔진 토크를 상향 제어하는 단계는 상기 엔진 토크를 155NM 이상 165NM 이하의 범위로 상향 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하이브리드 차량의 엔진 토크를 상향 제어하는 단계는 상기 하이브리드 차량의 모터 토크를 하향 제어하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 하이브리드 차량의 차속이 일정 범위 내인지 판단하는 단계의 일정 범위는 80KPH 이상 140KPH 이하인 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 하이브리드 차량(HEV)의 요구토크가 일정 범위 내인지 판단하는 단계의 일정 범위는 70% 이상 160% 이하인 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 지속시간이 일정 시간 이상인지 판단하는 단계의 일정 시간은 25분인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 지속 시간이 일정 시간 이상인지를 판단하는 단계 이전에 상기 하이브리드 차량의 APS(Acceleration Pedal Sensor) 측정값이 40% 이상 90% 이하인지 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 지속 시간이 일정 시간 이상인지를 판단하는 단계 이전에 상기 하이브리드 차량의 TPS(Throttle Position Sensor) 측정값이 40% 이상 80% 이하인지 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 지속 시간이 일정 시간 이상인지를 판단하는 단계 이전에 상기 하이브리드 차량의 배터리 SOC(State of Charge)가 30% 이상인지 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 하이브리드 엔진에서 응축수 분할 유입 제어 방법에 의하면, 응축수 과다 조건을 판단하여, 발생되고 누적된 응축수를 미리 분할하여 엔진에 유입되게 함으로써, 실화 발생 없이 응축수가 엔진에서 증발될 수 있게 하는 효과가 있다.

도 1은 과급시스템에 적용되는 인터쿨러와 응축수 발생을 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 C 부분의 내시경 관찰 결과이다.
도 3은 본 발명의 응축수 분할 유입 제어 방법의 로직 구성을 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 응축수 누적 실험 모델을, 도 5는 도 3의 응축수 유입 실험 모델을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 응축수 분할 유입 제어 방법의 토크 제어 관계를 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8은 도 6의 각 상태에서의 인터쿨러 출구이다.
도 9는 본 발명의 응축수 분할 유입 제어 방법을 순서적으로 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 응축수 분할 유입 제어 방법의 로직 구성을 도시한 것이고, 도 5는 도 4의 응축수 누적 실험 모델을, 도 6은 도 4의 응축수 유입 실험 모델을 도시한 것이다.

도 7은 본 발명의 응축수 분할 유입 제어 방법의 토크 제어 관계를 나타낸 것이며, 도 7 및 도 8은 도 6의 각 상태에서의 인터쿨러 출구이고, 도 8은 본 발명의 응축수 분할 유입 제어 방법을 순서적으로 도시한 것이다.

이하, 도 3 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 엔진에서 응축수 분할 유입 제어 방법을 설명하기로 한다.

본 발명은 하이브리드 엔진이 장착된 차량(HEV)의 배기가스재순환장치(EGR)에 의해 발생된 응축수를 인위적으로 엔진에 분할 유입시킴으로써 응축수 과다 유입에 의한 엔진 실화(misfire)의 위험을 줄일 수 있도록 하기 위한 제어 방법이다.

이는 하이브리드 차량에서 일정 시간 이상 정속 주행 결과 배기가스재순환장치의 동작에 의해 응축수가 누적되게 되며, 누적된 응축수가 엔진에 일거에 유입시 위험 요소로 작용할 수 있으므로 이를 해소하고자 하는 것이다.

즉, 과급 엔진에서 LP-EGR(Low pressure EGR) 사용시 흡기 인터쿨러에 응축수가 누적되며, 고부하 조건에서는 흡기 인터쿨러 응축수가 엔진으로 유입되므로 누적이 발생하지 않게 된다.

본 발명은 도 3에서 참조되는 바와 같이, EGR 응축량과 EGR 응축수 유입량을 계산하여, 그에 따라 운전점을 변경함으로써 목표 RPM과 목표 토크를 변경하여 응축수가 엔진에 분할 유입되도록 제어한다.

목표 토크의 변경에 따른 응축수 분할 유입의 관계는 후술하도록 한다.

먼저, EGR 응축량의 계산은 응축수 누적 물리 모델과, 응축수 누적 실험 모델에 의해 결정한다.

응축수 누적 물리 모델은 EGR 가스온, EGR 양, 외부 습도, 응축 부위 온도(즉, 인터쿨러 후단 온도)의 물리량에 따라 응축수 생성량을 계산하기 위한 것이다.

응축수 누적 실험 모델은 운전점(RPM, Load)과 외기온 및 냉각수온을 기준으로 실험적으로 응축량을 계산하는 것으로서, 도 5와 같이 차속, APS(Acceleration Pedal Sensor)에 의한 액셀 페달 위치, TPS(Throttle Position Sensor)에 쓰로틀 개도량, 요구 토크, 배터리 SOC(State of Charge), 엔진 회전수(RPM, Revolution per minute) 및 유지시간에 따라 응축수가 누적되는 양을 실험적으로 모델링하는 것이다. 다시 말해, 특정한 RPM 및 부하(Load)에서 EGR 사용의 누적 시간에 따라 결정하는 것이다.

이렇게 응축수 누적 물리 모델에 의해 산출된 응축수 생성량과 응축수 누적 실험 모델에 의해 산출된 응축수 실험값 중 최대값을 응축수 누적량으로 설정한다.

그리고, 응축수 유입 실험 모델에 의해서 RPM별, 부하별 응축수 유입량을 실험적으로 도출하고, 여기에 외기온, 냉각수온, HFM(Hot Film Mass Air Flow) 센서에 의한 습도에 의한 보정량을 고려하여 응축수 유입량을 도출한다.

다음, 위에서 계산된 응축수 누적량에서 응축수 유입량을 차감함으로써 응축수 누적량을 도출해낸다.

그런 다음, 도출된 응축수 누적량을 기설정된 응축수 기준량과 비교하여, 응축수 누적량이 응축수 기준량을 초과하게 되면, 응축수 분할 유입을 위한 운전점 변경을 요청하도록 제어하는 것이다.

따라서, 응축수 누적량 모델=f(ΔT(+), Δm(-), t(+) 등)으로 표현이 가능하고, T는 토크, m은 응축수 유입량, t는 누적 주행 시간이다.

그리고, 이 같은 로직에 의해 계산되는 응축수 누적량에 따라서 EGR 타겟 유량 보정 기준(흡기온, 외기온)을 가변 제어하거나, EGR 율(EGR rate)을 제한시키는 제어가 가능하다.

운전점의 변경은 ECU가 운전점 변경 요청 TRUE, 목표 RPM 및 목표 토크 정보를 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)에 전송함으로써 토크값을 변경하는 운전점 변경을 요청한다.

본 발명의 응축수 분할 유입 제어 방법은 이 같은 로직에 의해서 엔진 토크 및 모터 토크를 제어함으로써 누적되어 있는 응축수를 인위적으로 엔진에 분할 유입시킴으로써 응축수를 제거시키는 것이다.

즉, 엔진 토크를 상향시킴으로써 응축수가 분할 유입되게 하며, 엔진 토크는 155NM~165NM 범위로 상향시켜 제어한다.

하이브리드 차량(HEV) 특성상 정속 주행 및 요쿠토크 일정시, 엔진 토크를 상향하면 배터리 SOC를 고려하여 모터 토크는 그만큼 하향시키도록 제어한다.

도 7은 도 6에서 엔진 토크를 100NM으로 상향한 경우의 인터 쿨러 후단 사진이며, 도 8은 도 6에서 엔진 토크를 160NM으로 상향한 경우의 인터 쿨러 후단 사진이다. 사진에서 확인할 수 있는 바와 같이, 155NM 미만의 100NM의 경우에는 응축수가 유입이 되지 않고, 본 발명 범위 내의 160NM로의 상향시 응축수가 유입되는 것을 알 수 있다.

다음으로, 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 응축수 분할 유입 제어 방법을 순서적으로 설명하다. 이는 앞서 설명한 응축수 분할 유입 이론을 반영한 제어 방법에 해당한다.

먼저, 하이브리드 차량(HEV)의 배기가스재순환장치(EGR)로부터 응축수가 발생하는지 여부를 확인한다(S11).

그리고, 응축수가 엔진 내부로 유입되는 양을 확인한다(S12).

그 결과, 응축수 생성시 차속이 일정 범위 내인지를 판단한다(S13). 구체적으로 차속이 80KPH 이상 140KPH 이하인지를 판단한다. 일정차속 이상 주행 지속시에 응축수가 최대 누적되기 때문이다.

그 다음, 일정차속 주행시 APS 값을 확인한다(S14). APS 값은 Δ40% 이상을 만족하고, 최대 90% 즉 90% 이하인지를 확인한다.

그리고, TPS 값을 확인한다(S15). TPS 값은 Δ40% 이상을 만족하고, 최대 80% 즉 80% 이하인지를 확인한다.

APS와 TPS가 이 범위를 벗어나는 경우, 즉 팁인/팁아웃(Tip in/Tip out)의 경우에는 엔진 토크가 상향되므로 응축수 분할 유입 제어를 할 필요가 없게 된다.

다음으로, 하이브리드 차량의 요구토크가 일정 범위 내인지를 판단한다(S16). 구체적으로는, 요구토크 값이 Δ70NM 이상을 만족하고, 최대 160NM 즉 160NM 이하인지를 확인한다.

이 또한 이 범위를 벗어나게 되면 응축수 분할 유입 제어가 요구되지 않는다.

마지막으로, 배터리 SOC를 확인한다(S17), 배터리 SOC가 30% 이상의 조건을 만족하여야 한다.

배터리 SOC가 이보다 낮을 경우에는 SOC 유지를 위한 제어가 수행되어야 하므로, 엔진 토크를 상향시키는 제어는 부적합하기 때문이다.

아울러, 이상의 조건을 만족하는 지속 시간이 일정 시간 이상인지를 판단하고, 지속 시간이 일정 시간 이상이면, 엔진 토크 상향 및 모터 토크 하향에 의해 응축수가 분할 유입되도록 제어한다(S18).

여기서, 일정 시간은 25min을 기준으로 할 수 있다.

그리고, 엔진 토크는 155NM 이상 165NM 이하의 범위로 상향 제어하고, 모터토크는 그에 따라 하향 제어된다.

이상에서, S13 내지 S17의 판단 순서의 선후는 예시와 다르게 설정될 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

10 : 인터 쿨러

Claims

하이브리드 차량(HEV)의 배기가스재순환장치(EGR)로부터 응축수 발생을 확인하는 단계;
상기 응축수가 엔진 내부로 유입되는 양을 확인하는 응축수 유입량 확인 단계;
응축수 생성시 하이브리드 차량의 차속이 일정 범위 내인지 판단하는 단계;
상기 하이브리드 차량의 요구토크가 일정 범위 내인지 판단하는 단계;
상기 차속 및 상기 요구토크가 일정 범위 내에서 지속 시간이 일정 시간 이상인지 판단하는 단계; 및
상기 지속 시간이 상기 일정 시간 이상이면 상기 하이브리드 차량의 엔진 토크를 상향 제어하는 단계를 포함하는,
하이브리드 엔진에서 응축수 분할 유입 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 하이브리드 차량의 엔진 토크를 상향 제어하는 단계는 상기 엔진 토크를 155NM 이상 165NM 이하의 범위로 상향 제어하는 것을 특징으로 하는,
하이브리드 엔진에서 응축수 분할 유입 제어 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 하이브리드 차량의 엔진 토크를 상향 제어하는 단계는 상기 하이브리드 차량의 모터 토크를 하향 제어하는 것을 특징으로 하는,
하이브리드 엔진에서 응축수 분할 유입 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 하이브리드 차량의 차속이 일정 범위 내인지 판단하는 단계의 일정 범위는 80KPH 이상 140KPH 이하인 것을 특징으로 하는,
하이브리드 엔진에서 응축수 분할 유입 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 하이브리드 차량(HEV)의 요구토크가 일정 범위 내인지 판단하는 단계의 일정 범위는 70% 이상 160% 이하인 것을 특징으로 하는,
하이브리드 엔진에서 응축수 분할 유입 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 지속시간이 일정 시간 이상인지 판단하는 단계의 일정 시간은 25분인 것을 특징으로 하는,
하이브리드 엔진에서 응축수 분할 유입 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 지속 시간이 일정 시간 이상인지를 판단하는 단계 이전에 상기 하이브리드 차량의 APS(Acceleration Pedal Sensor) 측정값이 40% 이상 90% 이하인지 판단하는 단계를 더 포함하는,
하이브리드 엔진에서 응축수 분할 유입 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 지속 시간이 일정 시간 이상인지를 판단하는 단계 이전에 상기 하이브리드 차량의 TPS(Throttle Position Sensor) 측정값이 40% 이상 80% 이하인지 판단하는 단계를 더 포함하는,
하이브리드 엔진에서 응축수 분할 유입 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 지속 시간이 일정 시간 이상인지를 판단하는 단계 이전에 상기 하이브리드 차량의 배터리 SOC(State of Charge)가 30% 이상인지 판단하는 단계를 더 포함하는,
하이브리드 엔진에서 응축수 분할 유입 제어 방법.